Чувствительные элементы тепловизоров станут более предсказуемыми

Дата публикации: 11 сентября 2020

Физики из МФТИ научились моделировать проводимость материала для детекторов тепловизионных приборов.

Нагретые предметы испускают инфракрасные волны. Чем горячее тело, тем ярче оно «светится». К сожалению, человеческое зрение не позволяет нам видеть инфракрасный свет. В противном случае мы могли бы избежать многих неприятных ситуаций. Например, случайно не дотронуться до горячего утюга или не наступить в темноте на спящего кота.

Увидеть невидимое инфракрасное излучение нам помогают специальные приборы – тепловизоры. Эти устройства  позволяют не только наблюдать в темноте за животными, но и используются для поиска пострадавших в  чрезвычайных  ситуациях, нахождения источников пожаров и многого другого.

Диоксид ванадия (VO2)  - материал  для детекторов тепловизионных приборов.  Исследователи из МФТИ,  Института  теоретической и прикладной электродинамики РАН узнали, как именно плёнки диоксида ванадия становятся  проводящими.  Это позволит удешевить тепловизоры на основе таких пленок, увеличить ихчувствительность и разрешение.

Способность плёнок диоксида ванадия становиться  проводящими  обнаружили  ещё  в середине прошлого века. Однако до  сих пор точный механизм изменения свойств материала был неизвестен. Если точно знать механизм процесса, то можно синтезировать тонкие плёнки с заданными заранее свойствами: температурой, при которой  меняются  проводящие  свойства, или отношением сопротивлений до и после нагревания. 

«Одна из самых полезных вещей, которую можно делать из такой плёнки, — это чувствительные элементы для  неохлаждаемого болометра. Болометр — основа тепловизора. Применение пленок диоксида ванадия позволит удешевить  тепловизоры, увеличить их чувствительность и разрешение», — комментирует Виктор Полозов, аспирант Физтех-школы  физики и исследований им. Ландау.

Исследователи из МФТИ предположили, что смена состояния плёнки диоксида ванадия происходит по следующему  сценарию: сначала плёнка нагревается, в каких-то местах её возникают проводящие области. Затем проводящие области  образуют канал, благодаря которому плёнка становится проводящей. При дальнейшем нагреве этот канал  расширяется,  а  сопротивление плёнки — уменьшается.

Этот процесс называется «режим с обострением». Подобные процессы раньше уже обнаруживали и в других материалах.  Например, в высокотемпературных сверхпроводниках в переходе «проводник — сверхпроводник».  Чтобы доказать, что  в  плёнках VO2 при нагреве реализуется такой же сценарий, учёные объединили теоретический и экспериментальный подход. 

«Теоретические расчёты совпали с экспериментальными, причём для плёнок с различной структурой, нанесённых  на  различные подложки. Мы сделали вывод, что данный механизм универсален — то есть все тонкие плёнки VO2  становятся  проводящими при нагревании именно таким образом», — говорит Александр Рахманов, профессор кафедры  электродинамики сложных систем и нанофотоники Физтех-школа физики и исследований им.Ландау.

Физики подтвердили своё предположение, что переход в VO2 может быть описан как процесс в режиме с обострением.  Теперь, зная, что переход происходит именно по такому механизму, исследователи могут моделировать  данный процесс,  чем  и  планируют заняться в рамках дальнейшей работы.

Источник: www.nkj.ru

Поделиться: